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1、生物接触氧化法的由来和发展 邬扬善 摘要：介绍生物处理的生物膜法之一，生物接触氧化法的由来、国内外兴起和发展，以及近期国内的新发展。 1 由来和主要特征 生物接触氧化法是生物膜法的一种形式，是在生物滤池的基础上，从接触曝气法的改良、演变而来，因此有人称为“浸没式滤池法”、“接触曝气法”和“淹没式生物膜法”等等。不管业内人士曾经如何称呼，当今的生物接触氧化法，既不是原先的“浸没式滤池法”,也不是所谓的“接触曝气法”，它已经发展成一种新型生物膜法。它与其他好氧生物膜法有共同的特点是：微生物需固定在填料表面附着生长，填料可以是固定的也可以处于不规则的浮动之中，而污水则流动于填料的孔隙中
2、与生物膜接触并进行生物氧化反应。它的不同之处是，采用浸没在水中高孔隙率、大比表面积的填料（不管其形状如何，多数都是可塑性较高的人造有机填料），为微生物附着生长提供界面的好氧性生物膜法。因其表面积大，可附着的生物量大；同时因其孔隙率大，营养物、氧的供应、代谢产物的进出，以及生物膜自身更新脱落，均较为通畅，使得生物膜能保持高的活性和较高的生化反应速率。由于接触氧化法要像活性污泥法那样不断向水中曝气供氧，以及在高负荷时丝状菌密集繁殖，常形成垂丝状生物膜，如同活性污泥一样，在水中呈立体结构，处于漂浮状态，并且在氧化池的流态及反应动力学上，接触氧化法与完全混合的活性污泥法相似，因而它兼有活性污泥法的特
3、点。但是，它又不同于其他各种浸没式生物膜法，如曝气生物滤池、气提循环反应器、三相生物流化床和生物转盘等。它与曝气滤池相比，填料的孔隙率高得多，而没有大量截留悬浮物的效能，因而不需要反冲洗操作。它有填料，但不是呈小颗粒状的，不可能有生物流化床的流态化特性，传质效率没有流化床来得高。它不同于生物转盘半浸没在水中,靠盘的转动来完成充氧与脱膜，而是完全浸没在水中，此外，还需要一套专门的供氧设备来完成充氧与脱膜搅动。它也不像气提循环反应器那样，要依靠空气提升，迫使小颗粒填料产生定向循环流动，趋于流态化，并在空气提升和向水中充氧的同时，对填料上的生物膜进行搅动脱膜。 2 国内外的兴起和发展 早在20
4、世纪20年代，生物接触氧化法已在美国和西德，形成为正规的污水处理方法，但那时的处理效果都不太理想，BOD去除率低。主要原因是： （1）停留时间短，一般只有0.5h左右。这样，有机物质氧化分解不彻底，致使BOD去除率低，出水BOD值高。 （2）填料的表面积过小，固定生物膜量不大，使BOD负荷过高。容积负荷达7～16kg/(m3d)，面积负荷为10～22kg/(m2d)，在过大的BOD负荷下，BOD去除率自然是很低了。 （3）填料构造不尽合理，易于堵塞，清扫困难，管理不方便。 由于这种种原因，生物接触氧化法在20世纪的20年代，未能获得进一步的推广和应用。 然而，事隔50多年后的70
5、年代初，日本的小岛贞男采用所谓的“管式接触氧化”用于受污染水源的好氧处理，取得了突破性的成功。与以往的接触氧化法相比，小岛贞男从河流自净作用出发，设想了蜂窝管式接触填料。这种填料的比表面积大孔隙率高，重量轻，强度大，脱膜容易，处理效果良好。其装置构造见图1。目前日本已将管式 图1 蜂窝管式接触氧化装置构造 池壁中心导流筒管式蜂窝填料出水缝 出水堰 进气 出水 进水 蜂窝接触氧化逐渐应用于水源水的预处理和生活污水和某些工业废水的二级和三级处理中。80年代日本政府建设省发表
6、通告，将接触氧化法列入在小型污水处理中首先推荐采用的处理工艺。并且公布了构造准则，使接触氧化法更加通用化、规范化和系列化。1981～1985年间，日本新设置的小型污水处理槽为154万台左右，而接触氧化法处理槽为81万余台，占全部装置的52.5%。由此可见，接触氧化处理技术在日本的污水处理领域中应用的广泛性。1988年3月，日本政府建设省又发出补充通告，在原有基础上提出了加以改进与完善的接触氧化处理污水工艺，使之能进一步适应除氮和减少污泥生成量的要求。这就是所谓分离式接触氧化综合处理方法和厌氧－接触氧化处理方法。从70年代到80年代日本的接触氧化法的另一个重要发展是：曝气方式由在填料侧面曝气，逐
7、步发展到填料下的全面曝气，进一步提高了氧的利用率，促进了生物膜表面的固液之间的传质效率，以及生物膜的正常脱落更新速度，减少了生物膜管式蜂窝内的堵塞现象。 图2 为分离式接触氧化工艺流程。这种处理流程中，原水首先流入初次沉淀池，以去除部分悬浮物。而后进入接触氧化池进行生化处理，最后进入二次沉淀池进行泥水分离，澄清水再经消毒后排放。二沉池的沉淀污泥回流到初次沉淀池或者接触氧化池，氧化池中的脱落生物膜回流到初次沉淀池。这种处理流程的特点是，污泥回流后受到进一步的好氧氧化，没有污泥排放，维护管理比较简单，适用于小型污水处理；生物接触氧化池对处理水的水量水质变化适应性较强，不会产生污泥膨胀，运转方便。
8、 消毒池 二次 沉淀池 接触 氧化池 原水 沉淀污泥 脱落生物膜 处理水 初次 沉淀池 图2 分离式接触氧化工艺流程 图3 为厌氧－接触氧化处理工艺流程图。这种处理流程中，污水首先进入厌氧滤池。而后流入接触氧化池，进行好氧处理，最后在二次沉淀池进行泥水分离，再经消毒后排放。接触氧化池脱落的生物膜回流到厌氧滤池。同时，二次沉淀池的活性污泥回流到氧化池或者厌氧滤池。在这种处理流程中，厌氧滤池的作用是：去除原水中的悬浮物质和油脂类污染物；在滤料表面生长着厌氧微生物，对原水中的有机污染物和氧化池与二次沉淀池的回流污泥进行厌氧处理，以达到降解部分BO
9、D和减少污泥量或达到无排放的污泥目的。 消毒池 二次 沉淀池 接触 氧化池 原水 沉淀污泥 脱落生物膜 处理水 厌氧滤池 图3 厌氧－接触氧化工艺流程 日本对生物接触氧化技术是较为重视的，为发展接触氧化技术，于1986年又制定了进一步的开发研究目标，主要内容如表1 。 表1 接触氧化技术开发方向（日本） 项目 技术开发方向 处理水水质 提高处理性能，改善处理水水质，要求生物接触氧化生活污水处理装置的出水水质能达到： BOD <10～20mg/L CODMn <15～30mg/L 悬浮物 <20～
10、30mg/L 总氮 <15～20mg/L 总磷 <2～3mg/L 大肠杆菌 <1000个/mL 流量调节 研究流量调节装置 提高初次沉淀池的性能和增加稳定性 生物膜的附着性 改进现有的填料，提高生物附着性 泥水分离 目前采用初沉池为重力沉淀，进一步研究泥水分离技术 占地面积 进一步研究缩小占地面积 维护管理 简化管理，进一步研究计量与控制技术 污泥生成量 研究减少污泥量 节能 目前使用的大容量风机能耗大，进一步研究节能措施 环境对策 研究装置运行时脱臭气技术和噪声防治对策 就在日本接触氧化法取得突破性发展的同期，1975年
11、北京市环境保护科学研究所从城市污水处理的高效和低能耗要求出发，受日本小岛贞男的启发，在国内首先进行了，以管式蜂窝为填料的生物接触氧化法处理城市污水小试和日处理500立方米规模的中试，自主开发了二段接触氧化法和接触沉淀相结合的工艺流程，并对其高效的原理和运行中防止堵塞的方法进行了研究，图4 为接触氧化池和接触沉淀池的试验装置，图 5 为中试流程。原水经污水泵从集水井提升至粗滤机，经粗滤后污水进入计量槽，然后再流入第一接触氧化池（一氧池）。带有脱落生物膜的污水从一氧池进入第一接触沉淀池（一沉池），进行泥水分离。一沉池出水再经第二生物接触氧化池（二氧池）和第二接触沉淀池（二沉池）处理后排放。接
12、触沉淀池定期用空气进行反冲洗，以去除所截留的污泥。 空气 空气 原水 处理水 接触沉淀池 生物接触氧化池 图4 生物接触氧化法处理城市污水试验装置 管式蜂窝填料填料支撑架导流区出水槽 穿孔布气管 沉淀区砾石填料污泥斗 试验水质如表2 所示，试验结果如表3所示。试验表明当采用二段生物接触氧化法处理城市污水时，在原水BOD为50～100mg/L，污水在氧化池填料中的接触停留时间为25min（其中，一氧池为13.3
13、min，二氧池为11.7min），沉淀池上升流速6.9m/h，总气水比：2.43（其中一氧池占65％，二氧池占35％）的条件下，处理水水质为BOD5 5～ 粗滤机 污水沟 集水井 计量沉砂池 污水泵 二 沉 池 反 冲 水 排泥 空压机 排泥 出水 一氧池 一沉池 二氧池 一沉池 图5 生物接触氧化法处理城市污水中试流程图 12mg/L，去除率87％；悬浮物20mg/L左右，去除率85～90％。处理效果良好。 表2 城市污水试验水质（mg/L） 水温 pH BOD5 CODcr
14、 悬浮物 氨氮 磷 14.5~20 6.5~7.5 40~110 101~301 68~437 24~55 1~3 磷酸盐 酚 氰 汞 铬 砷 43~136 0.077~0.056 0.001~0.0796 0.0016~0.006 0.16~0.57 0.001~0.065 生物接触氧化法之所以在中国能有较快的发展，首先是因为它代表了污水处理的一个发展方向，即高效低耗和管理简便，由此受到众多用户的重视和采用。中国小型污水处理首先开始于印染污水，初期曾大量采用活性污泥法，在遇到污泥膨胀和管理不便等麻烦后转后改为生物接触氧化法，进而由于软性
15、填料和半软性填料的问世，消除了填料堵塞的缺陷，接触氧化在中小规模的印染、食品加工等众多工业废水处理以及其水质易诱发活性污泥膨胀 表3 试验结果（设计流量18m3/h） 日期 水气比 水温 溶解氧 (mg/L) 进水 (mg/L) 一沉池出水 (mg/L) (℃) 一氧池 一沉池 二氧池 二沉池 COD BOD 悬浮物 COD BOD 悬浮物 6月1日 ～ 8月2日 1：1.94 20.3 3.5 2.2 4.1 1.7 188.1 60.0 190.3 80.9 2
16、2.3 57.1 二沉池出水 (mg/L) 去除率 (%) BOD负荷 BOD去除 负荷 COD负荷 COD去除 负荷 COD BOD 悬浮物 COD BOD 悬浮物 [kg/(m3d) [kg/(m3d) [kg/(m3d) [kg/(m3d) 38.0 7.4 20.9 79.8 87.6 89.0 3.29 2.88 10.73 8.58 的污水处理中获得大量的采用。 生物接触氧化法在我国能获得广泛应用的另一个重要的外在原因是，中国环保政策导致大量发展小型污水处理设施，需管理简便，占地少的污水处理工艺，而接
17、触氧化法恰恰是具备了这一特殊的要求和特殊的性能。 3 近期国内的新发展 在1977年之后，经过近三十年的实践和发展，国内在接触氧化技术的各项试验研究和实际应用方面又到达了一个新的水平。主要表现在以下几个方面： 3.1应用领域日益拓宽 生物接触氧化处理废水技术的使用领域更加拓宽，除了用于生活污水处理外，更多的是应用在工业废水处理中。目前，接触氧化技术广泛地用于石油化工、农药、棉纺印染、毛纺针织染色、丝绸、绢纺、苎麻脱胶、轻工造纸、食品加工、发酵酿造等工业废水处理中。在处理水质方面，不仅用于一般的进水水质（BOD为数百毫克升的废水），而且还用于高浓度废水处理。例如，某绢纺厂自1983年以来
18、采用生物接触氧化法处理COD1 000mg/L以上的绢纺有机废水，取得了较好的效果。某石油化工厂进行了处理高浓度的石油化工废水的中型试验。该厂废水的特点是：COD浓度高且变化大，平均为2500mg/L以上，废水的可生化性好，BOD与COD的比值为0.5~0.7，废水主要含丙烷、醇、醛、苯、酚类有机物及硝酸盐、硫酸与盐酸等。混合废水水质如表13-4所示，试验流程如图6。试验表明，当采用涤纶纤维填料时，可不必将原水稀释。在进水COD为2500mg/L， 表4 某石化厂混合废水水质（mg/L) COD BOD5 悬浮物 挥发酚 油类 硫化物 氢化物 2456 1597 167
19、 16.2 1.48 0.09 0.042 BOD容积负荷为2.5~3.0kg/(m3d)，气水比（90～130）:1的条件下，接触氧化出水COD一般在250～350mg/L。同时，这种处理方法对废水中毒物的冲击适应能力较强，能较好的保证处理装置的连续稳定进行。 混凝剂 营养盐 石灰水 压缩空气 中和池 沉淀池 调节池 原水 出水 污泥 污泥 混凝 沉淀池 接触氧化池 图6 某石化厂的高浓度有机废水处理试验流程 3.2 填料的研究和开发十分活跃 接触填料是生物膜赖以栖息的场所，是生物膜的载体。填料的性能直接影响着生物接
20、触氧化技术的效能和经济上的合理性，因此，是接触氧化技术的关键。由日本小岛贞男开发的蜂窝管式填料，虽然具有表面均匀、规则，对气泡有切割作用，在一定程度上能提高氧的转移效率等优点，但是，实际使用中往往容易产生不同程度的填料的堵塞，影响处理效果。为此，80年代初，上海石油化工总厂环保研究所等单位先后研制了维纶纤维填料（或称软性填料）。实践表明，软性填料具有质轻，比表面积大，易于加工与安装，不易堵塞，价格便宜等优点。但是，在实际使用中也发现软性填料的纤维易被生物膜粘结在一起，产生结球现象，使其表面积大为减少，进而在结球内部产生厌氧作用，影响处理效果。另外，还观察到，软性填料中的水流流态并不理想，在填料
21、中容易产生大气泡，从而影响氧的利用率。为此，80年代中期，北京市纺织科学研究所开发研制了所谓半软性填料。这种填料由变性聚乙烯塑料制成，它兼具硬性填料的刚性和软性填料的柔性。半软性填料在去除有机污染物能力上比软性填料有所提高。由于半软性填料的比表面积不如软性填料，因此又开发了将两者组合的填料，即中间为半软性，边缘为软性纤维丝，称此为组合填料或盾形填料。但近期开发的尼龙丝立体弹性填料其构造简单，比表面积大，价格也较低廉，在国内被大量的采用，尤其是水源水的处理上用得的最多。90年代，国内不少单位为克服软性 和半软性填料在安装上的不便，还研发了不少种类的漂浮的球形填料，以及仿造日本的网状填料，不过价格
22、较贵，应用不广。在城市污水处理的实践中，太原市政工程设计院以价格低廉而耐用的，多孔的钢炉炉渣为填料，通过对粒径的合理选配消除堵塞问题，也取得了理想的效果。近期在上海金山石化公司引进试验的日本的流离球，是一种用人造粘合剂结成的多孔碎石球体，污水在流动中存在着球体外流速快，球体内流速慢的场所，污水中漂浮物集中在流速慢的地方即产生流离，再由球体上生物膜进行生化分解，对污水起到了净化作用。以超滤膜作载体的，膜法生物接触氧化法工艺，反应器如同一个竖流式沉淀池和一个接触氧化池的组合体。试验结果表明：经初沉处理后的生活污水，当接触时间为3h左右时，COD、BOD、SS和NH3－N的去除率分别达到83％、92
23、％、94％和60％左右。该工艺中，由于有特殊的微生物生长环境和种群分布，使各类具有特殊降解污染物能力的微生物都有良好的生存环境，并且可将生物膜厚度自动维持在一定范围内而无堵塞问题，所以运行管理非常简单。此外由于无厌氧层存在，部分老化、死亡的微生物停留在生物膜上被氧化掉，因此只有少量的生物膜脱落。由于采用无泡充氧方法，可使污水处理在密闭条件下进行，对环境不产生影响。理论分析表明，该工艺具有良好的发展前景（刘贯一，中国给水排水，2000，8，4）。在许多工业废水处理中，为脱氮设置反硝化池，有不少采用了软性填料和半软性填料的的接触氧化池，取得较为成功的经验（甘树应，中国给水排水，2000，8，25）
24、 3.3 开发了新的曝气设备，与填料结合形成受限曝气反应器 围绕着提高氧的转移率，节省动力，防止堵塞短路和降低造价等方面开发研制了一些新的曝气充氧设备。1984年，浙江省玉环县楚门环保装备厂同化工部第一设计院、北京建筑工程学院共同协作，联合研制成功了散流式曝气器。这种曝气器用塑料压制成型，由锯齿形曝气头子和带有锯齿的散流罩、导流隔板、进气管四部分组成，整个曝气器呈倒伞形。使用表明，散流曝气器具有布气均匀，流态好，氧利用率和动力效率较高，以及构造比较简单，安装方便，耐腐蚀等优点，目前已经比较广泛地采用在生物接触氧化处理废水的技术中。为进一步节省能源，80年代中期国内一些单位在借鉴国外同类
25、产品经验的基础上，研制了几种型号的微孔曝气器，填补了国内空白。这种曝气器的特点是：气孔孔径在280mm以下（一般为150mm ）；出孔的气泡直径在2mm以下；行程气泡直径在5mm以下；在通常情况下氧的利用率可达20～25％，比目前采用的曝气设备可节能30～50％。但由于材料和加工制造的原因，微孔曝气器的价格较高，在接触氧化技术中尚未得以普遍应用。近年来，上海石化水域环保厂在依据微孔曝气的可变孔原理，薄壁原理及狭缝气孔原理，研制的可变孔曝气软管的基础上，又开发了第二代产品：螺旋孔曝气软管。它的气孔可随气量的增减而变化，从而使曝气均匀稳定，同时有利于防止空气不到之处的填料的局部堵塞，其产品价格低于
26、其他微孔曝气器。北京市银燕环保公司制造了水下曝气器，可在填料下直接放置，省去了布气管路，免除了风机噪声的污染，但在维修上不如鼓风曝气方便。 由于目前曝气池存在着两大问题：其一是曝气头之间存在着曝气死区或曝气不足的地方，这些区域的氧与有机物向活性污泥及生物膜转移的速率远低于主流区，故生化效果很差，为此要大大加长混合液在曝气池中的停留时间，也就是需要增加曝气池的体积，另外由于主流区气流相当集中，不利于氧向水体中转移，使得氧的利用率很低，生化反应生成物从活性污泥、生物膜移走的速率也很低，这一细部传质称为亚微观传质，由于其传质速率低（远低于生化反应速率），传质阻力比宏观传质阻力高几个数量级〖2〗。高
27、分散系高传质好氧生化反应系统正是基于以上两方面的考虑，在原有曝气系统的基础上加以改进，大大加强了三相传质，提高了氧的利用率，节约了能耗，降低了成本。 高分散系高传质好氧生化反应系统组成见图7，它由生物反应器和曝气受限器组成，即，将作为生物膜附着载体和气泡上升通道的固定式填料分层置于曝气池内，每层填料之间间隔300mm，曝气池底铺设大型微孔曝气头，池内及填料表面靠曝气维持一定浓度的生物量，从而去除原水中的有机物。 出水 二沉池 生物反应器 前处理 污水 曝气受限器 图7 高分散、高传质好氧生化反应系统 其系统机理是：高分散、高传质好氧生化反应是
28、通过受限曝气实现的。均匀受限曝气的基本原理如下：气泡在浮力作用下自动上升，经由曝气受限器的小尺寸竖向通道时在水流中造成强烈的湍流剪切，并形成高比例、高强度的微涡旋，这些涡旋的离心惯性效应大大增加了亚微观传质速率，使得活性污泥菌胶团及生物膜的生化反应生成物尽快从其周围移走，生化所消耗的氧与有机物也尽快得到补充；在小尺寸竖向通道中产生强烈的湍流剪切抑制了活性污泥絮体与气泡的合并长大，使其处于高比表面积和有利的传质状态，从而形成了曝气池内高分散、高传质的好氧生化反应环境；曝气受限器的表面也是生物膜的附着面，由于受限器竖向通道中水流的强湍流剪切作用而使生物膜薄、活性好、传质效率高，因此均匀受限曝
29、气是高效活性污泥法与高效生物膜法的结合，并且在活性污泥曝气池内投加填料是降低污泥负荷、防止污泥膨胀和实现硝化的有效措施。 出水 气源 回流污泥 进水 剩余污泥 图8 高分散系高传质好氧生化反应工艺流程图 混合扩散设备 同时为生物膜附着的曝气受限器 二沉池 通过如图8 流程试验表明： 采用均匀受限曝气法处理高中浓度玉米废水是可行的。在未经酸化的情况下，当进水COD介于1300～2000mg/L、BOD5介于700～1100mg/L时，经4h曝气处理后可获得COD<60mg/L、BOD5<30mg/
30、L的稳定出水，达到行业排放标准。 高分散系高传质生化反应器强化了三相传质，形成了良好的好氧生化环境，并可维持很高的生物量，保证了对此类废水处理有较高的容积负荷〔可达9kgCOD/(m3d)〕，达到缩小了池体体积。 试验系统达到提高了氧的利用率，节省了气量，气水比只需10：1即可使BOD5去除率达97％以上。 实际运行效果显示，对此类中高浓度废水的处理，该工艺明显优于传统处理方法，不仅曝气池体积可缩减30～50％，曝气能耗也可降低50％，而且系统具有运行灵活、启动迅速、抗冲击负荷能力较强的特点。 实际上，这种新的反应器已成为在本节后面提到的复合生物反应器和受限曝气
31、器的有机结合体。 3.4 池型的分格分段 接触氧化池的型式有所改进。随着处理水量的增大和要求处理程度的提高，接触氧化池的型式由单格完全混合演变为多格完全混合式与推流式相结合的型式，如图9 所示。这种池型，是将长方形的接触氧化池分成数格，每格既是相对独立的单池，又是籍 出水 原水 进水 图 9推流式接触氧化池 进水廊道相连通的组合池。在每格中水的流态基本上是完全混合型，而对整个氧化池来说又属于推流型。池的进口至出口负荷的变化呈现出高负荷 ® 中负荷 ® 低负荷。每格填料上附着的微生物处于专性培养驯化状态，生物相同负荷相适
32、应。从反应动力学来看，分格是完全合理的，可以提高反应物的浓度梯度，从而提高处理效果。这种池型往往应用于水处理量较大和原水有机污染物浓度较高的场合。 3.5 与厌氧、兼氧的组合 引入废水厌氧处理原理，发展生物接触氧化技术处理系统。80年代中期以来，随着环境保护对废水处理程度的要求不断提高和厌氧技术的发展，国内一些单位在接触氧化处理技术中引入了厌氧处理工艺的原理，在完善生物接触氧化处理系统和提高处理效能方面取得了良好的效果。上海石化总厂涤纶厂排出的废水中主要含有醋酸、对苯二甲酸、醋酸甲酯、甲醇、乙二醇、乙醛、三聚乙醛、苯二甲酸钠盐等，水质如表6 。 表6 上海石化总厂涤纶废水水质（mg/L
33、 数值 pH COD BOD5 氨氮 磷酸盐 数值范围 平均值 4.5~7.0 5.5 2000~2500 2200 1400~1600 1500 8~12 10 8~11 10 该厂于1984年将原日方设计并运行数年的活性污泥法工艺流程改造为厌氧－接触氧化处理工艺。改造后的废水处理量为130～140m/h；调节池停留时间10～12h；泵坑内装填料，停留时间3h；氧化池装软性填料，停留时间20h，COD容积负荷2.2kg/(m3d)，溶解氧1～3mg/L；厌氧池停留时间20～25h，污泥浓度4g/L。多年的运行实践表明，生物接触氧化池引入了厌氧污泥回流
34、工艺后，使氧化池具有活性污泥法的较强的吸附能力，同时改善了污泥沉降性能和出水水质，使接触氧化池COD去除能力提高5～8％。剩余污泥量大幅度减少，氧化池中污泥增殖率与污泥自身氧化分解速率基本上达到平衡，整个系统可不排出污泥，省略了污泥脱水处理工序。另外，还具有一定的脱氮脱磷作用。膜法厌氧水解－生物接触氧化法串联工艺，已在国内成了高浓度难降解有机废水处理的最佳工艺选择。如抗生素废水含有残余抗生素、盐类和一些严重抑制厌氧微生物的添加剂，采用此工艺可取得良好效果（中国给水排水，1999，3，57）。 3.6 城市污水处理向规模化发展 生物接触氧化法首先在城市污水中试中采用，并早在1978年就以它
35、的高效而闻名全国，由于其管理方便在工业废水处理中获得广泛应用，但市政工程界的人员即迟迟未能接受，因而接触氧化法在城市污水处理中发展缓慢。其主要原因：一是，限于当时条件，城市污水中试和生产性试验的原水水质浓度偏低，限制了试验结果的推广范围；二是，为什么接触氧化法只需1个小时左右即能达到活性污泥法8小时的效果，在理论上阐述得不够清楚；三是，缺乏经久耐用和价格低廉的填料，以及大型池的均匀布水布气尚有困难等。 太原市殷家堡污水处理厂规模为10 000m3/d，处理工艺为生物接触氧化法（其装置构造如北京市保护科学研究院的中试，见图4 ，也为两段法），以一种价廉耐用的炼钢炉渣为填料，并根据进水浓度选用
36、适当的粒径，可做到长期运行不发生堵塞。整个装置已连续稳定运行十多年，期间，接触氧化池的年平均进水浓度，随城市生活和节水工作的发展，已从1990年的118.4mg/L逐步升高到1997年的186.9mg/L，而出水水质却多年了一直优于活性污泥法的二级处理水平，运行的鼓风电耗只及活性污泥法的五分之一，由此可见，接触氧化法在城市污水处理中的适应性已不用置疑，加速推广接触氧化法的时机应已经成熟。 3.7 应用研究进入脱磷脱氮等深度处理领域 接触氧化法与活性污泥法直接混合，在曝气池中投加悬浮载体，形成复合反应器，可使反应器的污泥浓度增加，反应器的总污染物处理能力提高。当负荷较低时，反应器内污泥活性
37、相近。当负荷提高时，污泥总好氧活性提高，但由于年龄降低，悬浮相污泥中硝化菌流失，硝化活性降低；而复合反应器悬浮载体上形成污泥龄较长的小环境，附着相污泥中硝化菌能够良好生长，硝化活性提高。复合反应器多孔载体内部既有悬浮相污泥又有附着相污泥，污泥浓度相对较高，因此更易形成厌氧或缺氧环境，使得污泥具有良好的反硝化活性。（吴立波，给水排水，1999，5，15）。在某染料厂的酞菁兰生产废水中采用有污泥回流的A/O二段接触氧化法（一段为固定填料，二段为悬浮填料，污泥由二沉池中回流到悬浮填料的反应器中，即两段的，既有生物膜法也有活性污泥法的复合生物反应器），对氨氮和COD进行了有效的处理（黄天寅，给水排水，
38、2001，10，51）。也有一焦化厂废水处理，用接触氧化池作缺氧池，接受二沉池出水的回流，进行反硝化，后续好氧活性污泥进行氨氮的硝化，组成A/O法。生产运行表明，对COD和NH3－N的去除率分别可达96％和99％，但硝化菌和反硝化菌对环境变化十分敏感，虽然系统有一定的耐冲击负荷能力，但对长时间处在氨氮波动状态下超负荷运行，硝化反应缓慢，常常NO-2－N积累偏高，使调试停留在亚硝化阶段（马雁林，给水排水，2000，12，51）。 由活性污泥法与半软性填料的接触氧化法各自组成的A/O系统，对煤气废水处理的对比试验结果表明：接触氧化法系统比活性污泥系统的总水力停留时间缩短7.5小时，而且在污泥负荷
39、提高25％的情况下，接触氧化法系统的出水水质仍优于活性污泥系统。COD去除率提高了1.7％，NH3－N去除率提高了6.2％，总氮去除率提高了1.8％。接触氧化法A/O系统具有较高的污染物去除率主要是由于该系统硝化菌和反硝化菌分别被填料固定在好氧池和厌氧池中，都处于各自的稳定生长状态中，而活性污泥法只有一个污泥系统，硝化菌和反硝化菌交替处于被抑制状态，不能很好发挥作用。接触氧化法水力条件好，生物相丰富，生物浓度高，好氧池中污泥龄达到30d以上，适合世代时间较长的硝化菌生长。煤气废水的碳氮比较低，氨氮浓度增加时，两系统对冲击负荷的适应能力不同，接触氧化系统能在2～3d内恢复到出水达标排放，而活性污
40、泥系统需要3～5d。对水力恢复冲击的试验中发现，当HRT较长时，两系统所需恢复时间相差不多，接触氧化法比活性污泥法平均少1.4d。但当HRT缩短到30d时，活性污泥法达不到排放标准，而接触氧化法系统经过7天的适应期出水达到排放标准。因此活性污泥系统稳定运行的最小HRT为37.5h，而接触氧化法系统稳定运行的最小HRT为30h，比活性污泥法系统缩短7.5h。从运行管理上看，接触氧化池的半软性填料挂膜快，长期运行不结泥球，缺氧池内不需不需设置污泥搅拌装置，操作简便，且减少了动力费用。好氧池内生物量大、种类多。即使生长丝状菌也没有污泥膨胀之虞。沉淀池中污泥量少，节省后续污泥处理设备。污泥沉淀效果好，
41、处理出水澄清度高，可避免活性污泥法中沉淀池污泥积存发生的反硝化现象。污泥不需要在各池中循环，不设污泥回流设备。总之，接触氧化法系统比活性污泥法系统流程简单，设备少，易于管理，且抗冲击负荷能力强，不发生污泥膨胀，更适合于实际生产（王秀蘅 给水排水，1997，12，25）。石化废水除氨氮的生物接触氧化法与氧化沟的对比试验表明，在水温25～35℃、HRT>4h,pH7~8范围内，去除率可达95％左右。生物膜法较氧化沟可大大缩短停留时间（庞近钊，中国给水排水，1998，5，47）。 除了脱氮以外，除磷方面的研究也取得了较大的进展。2001年，李军等人对软性填料载体的接触氧化法，进行了序批法除磷和脱氮
42、试验。证明在载体密度为30％，水力停留时间为9h（其中厌氧3、好氧6）、进水COD负荷为0.27~1.32kg/(m·d)时，磷的去除率达90％以上。COD负荷愈高，除磷速度愈快。生物除磷与基质类型有关，以乙酸为基质的放磷均速是以葡萄糖为基质的1.4倍，而以葡萄糖为基质的放磷均速是以蛋白胨为基质的1.8倍。生物除磷取决于厌氧放磷量，而厌氧放磷速度取决于溶液中可快速吸收的有机物含量。该工艺可同时去除56％的总氮，NO－X可影响磷的释放。在缺氧段仍可继续实现生物吸磷，只是吸磷速度较好氧吸磷速度明显降低，约为其1/6。因此，该工艺加缺氧段，控制合适的C/N，可望实现同步除磷脱氮（李军，中国给水排水，
43、2001，7，1）。 回流水 原水 出水 二沉 好氧 缺氧 剩余污泥 浓缩 含磷污泥 高浓度含磷水 厌氧 图10 生物膜与活性污泥结合工艺流程示意图 在接触氧化法和活性污泥相结合的除磷脱氮，也有更新的工艺，即根据生物脱氮原理，硝化菌和反硝化菌可以分别放置在好氧和缺氧的装置内，而含氮液体在它们之间循环，这样可以使硝化菌和反硝化菌分别在各自的最佳环境中充分发挥作用，同时除磷菌在厌氧和好氧之间循环以完成磷的释放和超量吸收。综合考虑生物脱氮和除磷对环境条件的不同要求，以及生物膜法和活性污泥法的各自特点，确定了这样一个流程（图10）
44、由试验得知，生物膜与活性污泥结合工艺将常规生物脱氮除磷工艺中存在的相互影响和制约的因素分解，能够同时有效地从污水中去除氮、磷和有机物。氨氮去除率达99％以上，总氮、总磷和COD的去除分别达到85％、95％和95％。当厌氧段与好氧段污泥量比为1:1时，硝化率和除磷效率可同时达到最大。（刘俊新，丛丽、王宝贞等，中国给水排水，2000，12，1） 3.8 工艺不断创新 膜法SBR（BSBR），结合了生物接触氧化法和SBR法的优点，在皮革废水处理中，运行周期比SBR法短，COD去除率高，降解速度快，投产期短，启动快，投资少，能耗低，既适合皮革废水，也可推广与其他废水。（中国给水排水，1999，3
45、54）。该方法在屠宰废水处理试验中采用，也取得了良好的效果，出水达到了国家规定的二级处理标准（李伟光，中国给水排水，2000，10，59）。 采用弹性立体填料生物膜SBR工艺，处理印染废水也取得了良好效果。生产装置的启动时间是活性污泥SBR法的一半，冲击负荷的承受能力明显优于普通SBR池，膜法SBR在3个运行周期后恢复原有处理能力，而普通SBR池污泥上浮后，经1周培养后才恢复处理能力。膜法SBR还具有更高的脱氮除磷能力。总之膜法SBR具有工艺简单，效率较高，投资和占地小，承受冲击负荷能力强的好方法，值得推广应用。尤其在含高色度的印染废水处理中，经厌氧－兼氧－好氧交替运行，脱色效果明显，不经
46、加药色度即可达标。根据小试，膜法SBR工艺还适合皮革、医药、造纸等含难降解有机物的高浓度有机废水处理。故，由于膜法SBR具备生物膜法和SBR法的双重特点，使它具有广泛的适应性。 此外，还有沟渠式（也有称溪流式接触氧化法，利用排水沟和排放渠道设置填料，由大气表明复氧，省略了接触氧化池和曝气供氧设备，可对污水进行有效的处理，该法在某些有条件的地方有它的实用价值。 3.9 新趋势：与活性污泥法联合，发展复合生物反应器 接触氧化法和活性污泥法的联合，有复合式和串联式两种方式。复合式又称复合生物反应器。串联式主要针对处理废水的特征、处理深度的要求，合理地将生物接触氧化法和活性污泥法结合起来。该方
47、式中每个单元都是个独立的可明确划分的处理工艺，串联方式灵活多变。串联级数可以是两极，也可以是多级；串联的次序可以先生物膜法后活性污泥法，也可以是相反的，也可以是在某个交点上进行连接。该方式废水的流态总体上是属于推流式，在局部单元处于完全混合。当前有：以水解酸化－混合法处理啤酒废水，生物接触氧化法－喷射曝气塔处理饮料废水，生物接触氧化法－活性污泥法处理制糖废水等等。在这一类废水处理中，可以将污染负荷进行合理的分配。利用高负荷的生物膜处理工艺的好处是，一可节省占地面积和基建投资；同时以活性污泥法确保出水稳定、良好；二是前置生物膜法吸纳了大部分冲击负荷，降低后续活性污泥工艺的进水浓度，可避免因直接接
48、纳高浓度快速降解废水而产生丝状菌污泥膨胀。同时在活性污泥单元内有相当大部分的生物量来源于非丝状菌的膜生物，污泥沉降性能也得到改善（郑育毅，给水排水，2001，10，61）。 关于复合系统，可以由活性污泥法曝气池中投加填料，或由接触氧化法的二沉池污泥回流来形成复合生物反应器。由于填料的介入，或者是污泥的回流，两种方式均为微生物提供了更加有利的生存环境，附着和悬浮生长的微生物协作完成对污染物的降解过程，其中附着生长微生物占多数，两相之间的可转化性增强了系统的调节机制，使复合系统具有更强的适应性和稳定性，系统的复杂生态结构使其具备了较强的抗冲击负荷能力。通过生长在生物膜中丰富的微生物种菌的降解作用
49、可以有效去除有机物和氮。在反应器内沿着水流到载体的方向，构成一个悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型和附着厌氧型的多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的微生物系统。微生物之间形成了互相联系、互相制约的动态平衡体系。对污染物的去除由多种微生物协作完成。在反应器内特定的微环境中会形成特定的优势菌种，从而增强了反应器的处理能力和适应性。由于厌氧和缺氧微环境的存在，系统内存在同步硝化现象，聚磷菌的厌氧释磷和好氧摄磷过程也同时存在，因此复合系统在去除有机物的同时兼具脱氮除磷工效。（张军、聂梅生、王宝贞 中国给水排水，2002，2，53） 3.10 成功地应用在大规模微污染水源预处理中 水源水处理的规模都在万吨级以上，从日处理数十万到几百万吨的接触氧化池的设计、施工和运行，都取得了成功的经验，也为接触氧化法处理大规模城市污水的工程实施提供了经验，尤其是在大型池中的均匀布气和池底积泥排除等的工程设计运行管理方面取得了可借鉴的经验。 3.11 在小型中水回用中被大量采用 由于接触氧化法的管理方便，在小型生活污水处理中被大量地采用，尤其是在中水回用处理工艺中已作为主选工艺。 可以肯定，随着更为理想的新型填料的开发，以及大规模城市污水的设计，施工、运行经验的累积，生物接触氧化法，必将在我国给水排水事业中获得更进一步的发展，同时也将对我国的环境保护工作作出更大的贡献。
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